自動(dòng)控制理論發(fā)展歷史

1、1，經(jīng)典（自動(dòng)）控制理論2，現(xiàn)代控制理論3，后現(xiàn)代控制理論1，萌芽階段2，起步階段3，發(fā)展階段4，標(biāo)志階段到十八世紀(jì)，自動(dòng)控制技術(shù)逐漸應(yīng)用到現(xiàn)代工業(yè)中，其中最卓越的代表是瓦特發(fā)明的蒸汽機(jī)離心調(diào)速器1868年，J.C.Maxwell提出了簡(jiǎn)單的穩(wěn)定性代數(shù)判據(jù)1895年，Routh和Hurwitz各自提出了兩個(gè)著名的穩(wěn)定性判據(jù)勞斯判據(jù)和赫爾維茲判據(jù)1932年，Nyquist提出了頻域響應(yīng)法1948年，Evans提出了根軌跡法建立在Nyquist的頻率響應(yīng)法和Ewans的根軌跡基礎(chǔ)上的理論，稱為經(jīng)典控制理論1948年，控制論奠基人Weiner出版了控制論關(guān)于在動(dòng)物和機(jī)器中控制與通訊的科學(xué)1954年，

2、我國(guó)著名科學(xué)家錢學(xué)森將控制理論應(yīng)用與工程實(shí)踐，出版了工程控制論現(xiàn)代控制理論的產(chǎn)生背景 現(xiàn)代數(shù)學(xué)，例如泛函分析，現(xiàn)代代數(shù)等，為控制理論提供了多種多樣的分析工具； 數(shù)字計(jì)算機(jī)為現(xiàn)代控制理論發(fā)展提供了應(yīng)用平臺(tái)，計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，推動(dòng)了核能技術(shù)，空間技術(shù)的發(fā)展，從而出現(xiàn)了多輸入多輸出系統(tǒng)，非線性系統(tǒng)和時(shí)變系統(tǒng)1956年，龐德里亞金提出了極大值原理1957年，貝爾曼（Bellman）提出了動(dòng)態(tài)規(guī)劃1959年，卡爾曼（Kalman）和布西創(chuàng)建了卡爾曼濾波理論；1960年在控制系統(tǒng)的研究中成功地運(yùn)用了狀態(tài)空間法，并提出了可控性和可觀性的概念到20世紀(jì)70年代，系統(tǒng)辨識(shí)，最優(yōu)控制，離散時(shí)間系統(tǒng)和自適應(yīng)控制的發(fā)

3、展大大豐富了現(xiàn)代控制理論的內(nèi)容系統(tǒng)辨識(shí)是根據(jù)系統(tǒng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，必須存在實(shí)際系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)。系統(tǒng)辨識(shí)是為已經(jīng)存在的系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型辨識(shí)三要素：數(shù)據(jù)，模型類和準(zhǔn)則。辨識(shí)就是按照一個(gè)準(zhǔn)則在一個(gè)模型類中最優(yōu)控制是現(xiàn)代控制理論的核心，它研究的主要問(wèn)題是：在滿足一定約束條件下，尋求最優(yōu)控制策略，使得性能指標(biāo)取極大值或極小值飛船的軟著陸經(jīng)典控制理論經(jīng)典控制理論現(xiàn)代控制理論現(xiàn)代控制理論研究對(duì)象單輸入單輸出系統(tǒng)多輸入多輸出系統(tǒng)研究方法傳遞函數(shù)（外部描述法）狀態(tài)空間法（內(nèi)部描述）研究工具拉普拉斯變換線性代數(shù)矩陣設(shè)計(jì)方法PID控制和校正網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)反饋和輸出反饋其他頻率法的物理意義直觀，實(shí)用，難于

4、實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制和最優(yōu)控制主要解決單變量系統(tǒng)的反饋控制主要解決多變量系統(tǒng)的優(yōu)化控制大系統(tǒng)理論 代表控制理論向廣度方向發(fā)展。由工程技術(shù)大系統(tǒng)，向社會(huì)經(jīng)濟(jì)大系統(tǒng),生物生態(tài)大系統(tǒng)發(fā)展，由狹義的控制，向廣義的控制領(lǐng)域發(fā)展，包括：調(diào)節(jié),控制,管理,指揮等。智能控制理論代表控制理論向高度方向發(fā)展，提高控制系統(tǒng)的智能水平。如：自尋優(yōu),自適應(yīng),自學(xué)習(xí),自組織等方面的智能水平 大系統(tǒng)理論：關(guān)于大系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)的理論大系統(tǒng)的特征：規(guī)模龐大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,目標(biāo)多樣,影響因素眾多,且常帶有隨機(jī)性的系統(tǒng)包括大系統(tǒng)的建模，模型降階，遞階控制和穩(wěn)定性等內(nèi)容隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，出現(xiàn)了許多大系統(tǒng)，如電力系統(tǒng)

5、，城市交通網(wǎng)，數(shù)字通信網(wǎng)，生態(tài)系統(tǒng)等這些系統(tǒng)由于規(guī)模龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間通信的困難，提高了通信的成本，降低了通信的可靠性原有的控制理論，都是建立在集中控制的基礎(chǔ)上，即認(rèn)為整個(gè)系統(tǒng)的信息能集中到某一點(diǎn)，經(jīng)過(guò)處理，再向系統(tǒng)各部分發(fā)出控制信號(hào)遞階控制理論多級(jí)結(jié)構(gòu)：在對(duì)分散的子系統(tǒng)實(shí)行局部控制的基礎(chǔ)上再加一個(gè)協(xié)調(diào)級(jí)，去解決子系統(tǒng)之間的控制作用不協(xié)調(diào)的問(wèn)題分散控制理論：分散控制有多個(gè)控制站，每個(gè)控制站是控制系統(tǒng)的一個(gè)部分，稱為子系統(tǒng)分散控制是把大系統(tǒng)劃分為若干個(gè)子系統(tǒng)后分別進(jìn)行控制DCS是將若干臺(tái)微機(jī)分散應(yīng)用于過(guò)程裝置，全部信息通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)由上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制專家系統(tǒng)模糊控

6、制神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制根據(jù)人們?cè)谀骋活I(lǐng)域內(nèi)的知識(shí),經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)而建立的解決問(wèn)題和做決策的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，它能對(duì)復(fù)雜問(wèn)題給出專家水平的結(jié)果20世紀(jì)60年代初，出現(xiàn)了運(yùn)用邏輯學(xué)和模擬心理活動(dòng)的一些通用問(wèn)題求解程序，它們可以證明定理和進(jìn)行邏輯推理1965年，F(xiàn).A.費(fèi)根鮑姆等人研制了世界上第一個(gè)專家系統(tǒng)dendral，可以推斷化學(xué)分子式專家系統(tǒng)的意義： 它能模仿人類專家解決特定問(wèn)題時(shí)的推理過(guò)程，因而可供非專家們用來(lái)增進(jìn)問(wèn)題解決的能力，也可使專家知識(shí)獲得普遍的應(yīng)用專家系統(tǒng)的工作過(guò)程： 用戶通過(guò)人機(jī)界面回答系統(tǒng)的提問(wèn)，推理機(jī)將用戶輸入的信息與知識(shí)庫(kù)中各個(gè)規(guī)則的條件進(jìn)行匹配，并把被匹配規(guī)則的結(jié)論存放到綜合數(shù)據(jù)庫(kù)中。

7、最后專家系統(tǒng)將得出最終結(jié)論呈現(xiàn)給用戶發(fā)展背景：現(xiàn)代工業(yè)的特征： 復(fù)雜性：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)的高維，時(shí)變，高度非線性 不確定性：系統(tǒng)內(nèi)部的未知和不確定的因素 高標(biāo)準(zhǔn)的性能要求模糊控制的特征： 不需要對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型，而要求有關(guān)的控制經(jīng)驗(yàn)知識(shí)；魯棒性強(qiáng)定義：利用模糊數(shù)學(xué)的基本思想和理論的控制方法發(fā)展背景： 1956年，美國(guó)系統(tǒng)論專家Zadeh教授創(chuàng)立了模糊集合論，提供了處理模糊信息的 工具 1974年，英國(guó)學(xué)者M(jìn)amdani首次將模糊理論應(yīng)用于工業(yè)控制（蒸汽機(jī)的壓力和速度控制）局限性： 整個(gè)過(guò)程是“定義”出來(lái)的。當(dāng)然每一種“定義”都有其優(yōu)勢(shì)或者缺陷，但我們無(wú)法用某個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)論它。而且這些“定義”會(huì)帶

8、來(lái)不同的結(jié)果，是得一般理論分析很難進(jìn)展下去發(fā)展方向： 將模糊控制與各種只能優(yōu)化算法相結(jié)合，如遺傳算法，模擬退火算法，粒子群優(yōu)化算法等 深入分析模糊系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征及逼近精度，建立一套完整的理論人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量處理單元互聯(lián)組成的非線性，自適應(yīng)信息處理系統(tǒng)。它是在現(xiàn)代神經(jīng)科學(xué)研究成果的基礎(chǔ)上提出的。試圖通過(guò)模擬大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理，記憶信息的方式進(jìn)行信息處理人工神經(jīng)元是對(duì)生物神經(jīng)元的一種模擬與簡(jiǎn)化，是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本處理單元如圖為一種簡(jiǎn)化的人工神經(jīng)元結(jié)構(gòu)，它是一個(gè)多輸入，單輸出的非線性元件1943年，心理學(xué)家W.Mcculloch和數(shù)理邏輯學(xué)家W.Pitts在分析，總結(jié)神經(jīng)元基本特性的基礎(chǔ)上首先提出神經(jīng)元的數(shù)學(xué)模型。此模型沿用至今50年代末，F(xiàn).Rosenblatt設(shè)計(jì)制作了“感知機(jī)”，首次把人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究從理論探討付諸工程實(shí)踐80年代，美國(guó)物理學(xué)家Hopfield在美國(guó)科學(xué)院院刊上發(fā)表了兩篇關(guān)于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的論文，引起了巨大的反響以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)手寫A,B兩個(gè)字母的識(shí)別為例進(jìn)行說(shuō)明，規(guī)定當(dāng)A輸入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，輸出1；輸入B時(shí)，輸出0首先，給網(wǎng)絡(luò)的各連接權(quán)值賦予（0，1）區(qū)間內(nèi)的隨機(jī)值，將A輸入給網(wǎng)絡(luò)。這時(shí)如果輸出為1，則使連接權(quán)值增大，以便使網(wǎng)絡(luò)再次遇到A時(shí)，仍能作出正確的判斷若輸出為0，則把網(wǎng)